Efectul Mössbauer, numit și absorbție de rezonanță a razelor gamma fără recul, proces nuclear care permite absorbția prin rezonanță a razelor gamma. Este posibil prin fixarea nucleelor atomice în zăbrele solidelor, astfel încât energia să nu se piardă în recul în timpul emisiilor și absorbției radiațiilor. Procesul, descoperit de fizicianul de origine germană Rudolf L. Mössbauer în 1957, constituie un instrument util pentru studierea diverselor fenomene științifice.
Pentru a înțelege baza efectului Mössbauer, este necesar să înțelegem mai multe principii fundamentale. Primul dintre acestea este deplasarea Doppler. Atunci când o locomotivă fluieră, frecvența sau tonul undelor sonore este crescută în timp ce fluierul se apropie de un ascultător și scade pe măsură ce fluierul coboară. Formula Doppler exprimă această schimbare sau schimbarea frecvenței undelor ca o funcție liniară a vitezei locomotivei. În mod similar, atunci când nucleul unui atom radiază energie electromagnetică sub forma unui pachet de undă cunoscut sub numele de foton cu raze gamma, este supus și deplasării Doppler. Schimbarea de frecvență, care este percepută ca o schimbare de energie, depinde de cât de repede se mișcă nucleul în raport cu observatorul.
Al doilea concept, cel al recuperării nucleare, poate fi ilustrat prin comportamentul unei puști. Dacă este menținut vag în timpul tragerii, reculul sau „lovitura”, vor fi violente. Dacă este ținut ferm de umărul șoferului, reculul va fi mult redus. Diferența dintre cele două situații rezultă din faptul că impulsul (produsul masei și al vitezei) este conservat: impulsul sistemului care aprinde un proiectil trebuie să fie opus și egal cu cel al proiectilului. Prin sprijinirea fermă a puștii, marcatorul include corpul său, cu masa sa mult mai mare, ca parte a sistemului de tragere și viteza de întoarcere a sistemului este redusă corespunzător. Un nucleu atomic este supus aceleiași legi. Atunci când radiația este emisă sub forma unei raze gamma, atomul cu nucleul său se confruntă cu o recul din cauza impulsului razei gamma. O revenire similară apare în timpul absorbției radiațiilor de către un nucleu.
În cele din urmă, este necesar să înțelegem principiile care guvernează absorbția razelor gamma de către nuclee. Nucleii pot exista doar în anumite stări energetice definite. Pentru ca o rază gamma să fie absorbită, energia sa trebuie să fie exact egală cu diferența dintre două dintre aceste stări. O astfel de absorbție se numește absorbție de rezonanță. O rază gamma care este evacuată dintr-un nucleu dintr-un atom liber nu poate fi absorbită în rezonanță de un nucleu similar într-un alt atom, deoarece energia sa este mai mică decât energia de rezonanță cu o cantitate egală cu energia cinetică dată nucleului sursă care se regăsește.
Principii de aplicare
Prin înglobarea aceluiași tip de nuclee în două solide, cele dintr-un solid aflându-se într-o stare de radiație sau excitat, iar cele din celălalt aflat într-o stare absorbantă sau solară, este posibilă utilizarea radiației gamma de la primul solid pentru absorbția rezonantă în al doilea. Metoda este atât de sensibilă, încât dacă un solid se mișcă în raport cu celălalt cu o viteză cât mai mică de 10 de centimetri pe secundă, rezonanța este distrusă de deplasarea Doppler în energia cu raze gamma. În acest fapt constă utilitatea efectului Mössbauer ca instrument al fizicii experimentale. Dacă o stare de energie a nucleului radiant sau absorbant este perturbată de orice efect extern, absorbția de rezonanță va fi, de asemenea, anulată. Apoi, prin variația vitezei relative a solidelor radiante și absorbante până la restabilirea absorbției rezonante, se poate determina amploarea precisă a efectului perturbator.
Aparat
Efectul Mössbauer este de obicei observat prin măsurarea transmiterii razelor gamma de la o sursă radioactivă printr-un absorbant care conține același izotop în starea solului. Dispozitivul folosit pentru acest experiment este denumit spectrometru cu viteză Doppler cu efect Mössbauer, deoarece utilizează deplasarea Doppler pentru a scana o regiune de energie în vecinătatea energiei razei gamma în sine. Un spectrometru care utilizează acest concept este prezentat schematic în figura 1. O sursă radioactivă este montată pe un traductor electromecanic care se deplasează cu o viteză bine definită. În general, sunt necesare viteze de câțiva centimetri pe secundă. Energia razelor gamma emise este deplasată, datorită efectului Doppler, cu o cantitate proporțională cu viteza. În acest exemplu, nucleele sursei radioactive și amortizorul rezonant sunt identici, nefiind perturbați de un câmp exterior. Razele gamma trec printr-un absorbant care conține izotopul rezonant și sunt detectate printr-un contor proporțional. Razele gamma detectate pe secundă sunt reprezentate ca funcție a vitezei Doppler, ceea ce duce la un spectru de absorbție a efectului Mössbauer precum cel arătat în figura 2. Scăderea vitezei de numărare în centru se datorează absorbției rezonante - adică efectului Mössbauer. La viteză mare pozitivă sau negativă, absorbția rezonantă a fost distrusă prin schimbarea Doppler.
